劉 峰 ,李秀啟 ,董貫倉 ,秦玉廣 ,陳有光 ,王志忠 ,王 芳 (.山東省淡水水產研究所,山東 濟南5003；.中國海洋大學教育部海水養(yǎng)殖重點實驗室,山東 青島 66003)

黃河口濱海濕地水質污染物現(xiàn)狀研究

劉 峰1,2,李秀啟1*,董貫倉1,秦玉廣1,陳有光1,王志忠1,王 芳2(1.山東省淡水水產研究所,山東 濟南250013；2.中國海洋大學教育部海水養(yǎng)殖重點實驗室,山東 青島 266003)

于2009年5月(枯水期)、8月(豐水期)和11月(平水期)在黃河入?？跒I海濕地典型水域選取14個調查站點采集水樣,測定水體營養(yǎng)鹽、重金屬、石油類等22項污染指標,采用內梅羅指數(shù)和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價法對水質污染現(xiàn)狀進行研究和評價.結果表明,濱海濕地整體水質屬于輕度富營養(yǎng)化水平,并呈現(xiàn)逐年加劇趨勢.濕地湖泊、黃河故道、國家自然保護區(qū)、養(yǎng)殖池塘等靜態(tài)水域污染較輕,以廣利河、挑河、神仙溝、小島河、孤東油田排澇溝為代表的支流水體污染較重,明顯超過黃河主干河道.調查發(fā)現(xiàn)濱海濕地水體主要污染物為TN、TP、石油烴、Hg、NH4+-N、UIA和Chl-a等.與歷史數(shù)據(jù)對比,濕地水體氮磷污染明顯加劇,石油烴和Hg污染未見顯著增長,其他重金屬含量均未超標,整體水質污染形勢不容樂觀.

黃河口濱海濕地；水質污染；內梅羅指數(shù)；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

黃河三角洲濕地是黃河攜帶大量泥沙填充渤海凹陷形成的新生濕地,位于山東省東營市黃河入?？谔?是中國暖溫帶地區(qū)最完整、最廣闊、最年輕的新生濕地生態(tài)系統(tǒng)[1].濕地內共計大小河流100多條,蓄水庫500多座,較大湖泊3個,淡水資源面積高達 15.0×104hm2,在維護生態(tài)平衡、保障生態(tài)環(huán)境及協(xié)調經濟發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用[2].目前關于黃河三角洲濕地的研究多集中在近岸海域水體污染調查和濕地生態(tài)功能保護上,對濱海濕地水質的整體調查和研究主要是對各入海河口、淡水湖泊和養(yǎng)殖池塘等水域的單獨調查和分散研究[3-5],難以系統(tǒng)反映濕地水體的整體污染狀況.近年來由于受黃河斷流、人口增多、城市污染和工農業(yè)及油田開發(fā)等因素影響,濕地水體質量明顯下降,污染呈現(xiàn)加劇趨勢,水生生物多樣性降低,濕地面積持續(xù)萎縮,導致濕地生態(tài)服務功能退化問題日益突出[1,4].因此對黃河口濱海濕地進行水質污染現(xiàn)狀調查尤為重要.本研究選取了黃河口濱海濕地具有代表性的湖泊、河流、養(yǎng)殖池塘和濕地葦塘等水域共計14處,進行水體營養(yǎng)鹽、重金屬和石油烴等污染物調查,分析濕地整體水體質量現(xiàn)狀及其對水生態(tài)環(huán)境帶來的危害,以期為黃河口濱海濕地湖泊、河流、養(yǎng)殖池塘和濕地葦塘等典型水體的保護和利用提供理論基礎依據(jù).

1 材料與方法

1.1 調查布局

在黃河口濱海濕地水域選取14個調查站點,詳見圖1.

圖1 黃河口濱海濕地調查站點地理位置分布Fig.1 Samplings location in coastal wetland of Yellow River estuary

具體樣點如下:1#挑河刁口橋,2#黃河故道,3#孤北水庫,4#神仙溝五號樁,5#孤東油田排澇溝,6#自然保護區(qū)葦塘,7#黃河入?？谇灏烁?8#保護區(qū)蘆葦濕地,9#小島河夏鎮(zhèn)攔河閘,10#海參養(yǎng)殖池塘,11#廣利河明海閘,12#河蟹養(yǎng)殖池塘,13#天清湖,14#勝利浮橋.

1.2 實驗方法

分別于2009年5月(枯水期)、8月(豐水期)和11月(平水期)在黃河口濱海濕地14個站點采集水樣.使用 5L有機玻璃采水器采取水體表層約0.5m深度的水樣,現(xiàn)場測定水體溫度(T)、pH值、溶解氧(DO)和透明度(SD),水體營養(yǎng)鹽、懸浮物(SS)、葉綠素a(Chl-a)、硫化物(SO42-)、汞(Hg)、鋅(Zn)、砷(As)、銅(Cu)、鎘(Cd)、鉛(Pb)和石油烴等指標按國家標準[6-7]現(xiàn)場固定后,立即送到濱州海洋監(jiān)測站分析測定.測定水質指標共22項.

1.3 檢測與評估標準

測定方法參照《中國環(huán)境保護標準匯編-水質分析方法》[6]、《海洋監(jiān)測規(guī)范》[7]、《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范》[8]和非離子氨查表法[9];評價方法參照地表水環(huán)境質量標準(GB3838-2002)Ⅲ類標準、中華人民共和國海水水質標準(GB3097-1997)、內梅羅指數(shù)法[8](表1)和《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[8](表2).

表1 內梅羅指數(shù)污染等級劃分Table1 Pollution classification of Nemero Index method

表2 淡水湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級Table 2 Classification standard of lake (reservoir) trophic level

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與圖表處理采用SPSS 16.0、Adobe Photoshop11.0等軟件,以P＜0.05作為差異顯著性標志.

2 結果

2.1 實驗結果

由表3可知,各站點水體pH值含量接近,呈弱堿性.DO含量較高,符合Ⅱ類水質標準(4#為Ⅲ類). 8月DO含量顯著低于5月和11月(P＜0.05).

表3 調查水體各指標平均值及內梅羅指數(shù)評價結果Table 3 Results of Nemero index in the sample water

TN年平均含量為4.3mg/L,其中10#年均值屬于地表水環(huán)境質量標準中的II類,2#、8#樣點年均值屬于Ⅲ類,3#、6#和 13#為Ⅳ類,12#為Ⅴ類,其他均屬劣Ⅴ類水質,占 50%;TP年平均含量為0.21mg/L,2#、3#、9#為湖、庫標準III類:6#、8#、10#、12#、13#為湖、庫標準IV類,4#為V類,其他站點均屬劣Ⅴ類; NH4+-N平均含量為0.9mg/L,5#和 11#為劣Ⅴ類,4#為Ⅳ類,其他均符合Ⅲ類標準;非離子氨(UIA)平均含量為39.5μg/L, 4#、5#、8#、9#、10#和13#為Ⅲ類,其他均為Ⅴ類; COD平均含量為 7.6mg/L,所有樣點年均值均在 II類標準類.Chl-a平均含量為 12.0μg/L,5#最高為Ⅴ類.除DO外,上述指標季節(jié)性差異均不顯著(P＞0.05).

水體Cu、Pb和Cd含量均未檢出.Hg平均含量為0.38μg/L,除10#和12#未檢出外,其他均為劣Ⅴ類.石油烴類平均含量0.21mg/L,5#為劣Ⅴ類, 1#、4#、6#、9#和11#為Ⅳ類,其他均未超過Ⅲ類水質標準.

2.2 評價結果

2.2.1 內梅羅指數(shù)評價結果 內梅羅指數(shù)評價結果(表 3)表明濱海濕地整體水質受到明顯污染,周年污染等級為Ⅴ類.不同季節(jié)污染水平較為接近,平均污染指數(shù)11月＞8月＞5月.濕地水體氮磷污染嚴重,TN和TP周年污染指數(shù)分別為4.39和4.14,周年超標率為 83.33%和 78.6%;其次為石油烴類,周年污染指數(shù)為4.17,超標率為54.8%;再次為重金屬Hg污染,周年污染指數(shù)為3.76,其他重金屬含量都遠低于標準值.NH4+-N、UIA、Chl-a和COD均存在不同程度的超標現(xiàn)象,其他指標I值均較低.

周年污染等級結果顯示,靜態(tài)水域水質較好,如 10#海參池塘,12#河蟹池塘為Ⅱ類輕污染,但COD超標較明顯;2#黃河故道、6#保護區(qū)葦塘、8#保護區(qū)濕地、9#小島河夏鎮(zhèn)攔河閘、13#天清湖為Ⅲ類污染,其他均為Ⅴ類惡性污染.黃河流域水體水質較差,主要污染因子為TN和TP.如1#挑河刁口橋、4#神仙溝五號樁、5#孤東油田排澇溝、7#黃河勝利浮橋、11#廣利河明海閘、14#勝利浮橋三次調查均為Ⅴ類污染,其中5#周年污染指數(shù)最高,為25.01.3#孤北水庫11月為Ⅳ類污染,5月和8月為Ⅴ類污染, 主要污染因子為UIA.

2.2.2 富營養(yǎng)化評價結果 由表4可知,濕地水體全年為輕度富營養(yǎng)化水平,5月水體為中營養(yǎng)水平,8月和11月為輕度富營養(yǎng)化.2#黃河故道、8#保護區(qū)濕地水質較好,為貧營養(yǎng)水平;3#孤北水庫、6#保護區(qū)葦塘、7#清八浮橋、10#海參池塘、12#河蟹養(yǎng)殖池塘和 13#天清湖水體為中度營養(yǎng)水平;1#挑河刁口橋、9#小島河夏鎮(zhèn)攔河閘和14#黃河勝利浮橋為輕度富營養(yǎng)化;4#神仙溝五號樁為中度富營養(yǎng)化;5#孤東油田排澇溝和 11#廣利河明海閘為重度富營養(yǎng)化.在總共 42組數(shù)據(jù)中,5/42為重度富營養(yǎng)化,5/42為中度富營養(yǎng)化,7/42為輕度富營養(yǎng)化,20/42為中度營養(yǎng)水平,5/42為貧營養(yǎng)水平,說明黃河口濱海濕地整體水質富營養(yǎng)化問題較為突出.

表4 調查水體營養(yǎng)狀態(tài)分級Table 4 Classification of trophic level in sampling water

3 討論

3.1 黃河口濱海濕地水質污染物變化及其原因

3.1.1 時空變化 申保忠等[2]、潘懷劍等[5]20世紀90年代調查就發(fā)現(xiàn),黃河故道未受明顯污染,孤北水庫等靜態(tài)水體僅為輕度污染,相對黃河流域及其支流河道水質明顯較好,這與本調查結果相符.和20世紀90年代相比,黃河故道和天清湖已為污染狀態(tài),孤北水庫已為惡性污染,污染呈現(xiàn)加劇趨勢,主要超標因子仍為TN、TP、NH4+-N、NH3

--N和石油烴,說明近年來濕地尚未出現(xiàn)新的污染源.

黃河流域調查結果顯示,90年代廣利河為重污染,挑河為嚴重污染,主要超標因子為NH4+-N和石油烴(當時均未作TN、TP檢測),2009年調查結果發(fā)現(xiàn)支流水體污染明顯加劇,均為惡性污染,超過黃河主干河道,主要超標因子有TN、TP、Hg和石油烴,污染指數(shù)較以前有顯著增加.如孤東油田排澇溝污染最重,污染指數(shù)高達 25.01;小島河污染最輕(2.64),挑河和廣利河還存在NH4+-N、NH3--N含量明顯超標現(xiàn),與申保忠等[2]和潘懷劍等[5]的調查結果吻合;而劉成等[10]2001年調查也證明,黃河諸河口水污染多超過地表水Ⅴ類標準,主要污染物為Hg、N和P,其他污染物含量均在地表水Ⅱ類標準以內,與本調查結果相符合.這些都說明近年來黃河水質污染狀況日趨嚴重.

上世紀末黃河流域水體和沉積物均已開始出現(xiàn)不同程度石油烴和 Hg污染殘留[11-12],對比上世紀90年代較高的背景值,發(fā)現(xiàn)黃河口濕地水體石油烴和 Hg污染增加速度較為緩慢,說明近年來對石油烴和重金屬污染控制效果較好.石油烴和 Hg污染能通過食物鏈的逐級傳遞,最終都會在黃河入海口濱海濕地水體、土壤及生物體內大量富集,會影響到黃河口周圍生態(tài)環(huán)境安全及生物機體健康.

3.1.2 變化原因 黃河口濕地水域污染逐漸加劇的主要原因有三個:第一,水域附近的工廠污染排放和生活污水匯集,這可能是導致黃河流域污染的主要原因;第二,地表水帶入地表徑流導致污染富集,這可能是靜態(tài)非養(yǎng)殖水域,尤其是靠近農田、油田等污染源地區(qū)水域污染的主要原因,第三,高密度養(yǎng)殖導致養(yǎng)殖水域N、P富集,包括水庫、池塘和河道網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū).主要針對傳統(tǒng)對蝦和魚類養(yǎng)殖,而刺參養(yǎng)殖作為新興高效生態(tài)養(yǎng)殖新品種,對池塘和外環(huán)境水體N、P污染壓力較低[5,13].

陳為峰等[1]認為小清河和廣利河是濕地內黃河流域的重要污染源.如廣利河、挑河、神仙溝、小島河、孤東油田排澇溝為代表的支流水體污染較重,明顯超過黃河主干河道,主要是從上游到下游河流沿岸的工廠污染排放和生活污水匯集造成的.其中孤東油田排澇溝受到外源排放污染最為嚴重.另外地表水徑流和養(yǎng)殖污染也是影響流域水質的重要因素之一.挑河和廣利河NH4+-N含量超標可能與水體及底質污染負荷密切相關.因為二者是反映水體負荷的重要指標,說明挑河和廣利河水體可能存在負荷及生物排泄作用積累較高的問題.

湖泊水庫、養(yǎng)殖池塘、保護區(qū)等靜態(tài)水域主要受地表水徑流和養(yǎng)殖的污染影響,受工農業(yè)排放污染影響較小.如農業(yè)灌溉時節(jié)河水引進農田,農業(yè)退水和雨季水土流失導致大量的有機物質隨地表徑流重回河流造成污染.近年來水庫養(yǎng)魚規(guī)模不斷擴大,餌料和肥料投放過多,加上養(yǎng)殖生物排泄不斷積累會導致水質惡化,這正是孤北水庫、河蟹養(yǎng)殖池塘水質污染相比天清湖嚴重的主要原因.保護區(qū)內水體污染相對較輕,與蘆葦濕地對石油烴、水體N、P具有較高的截留和降解作用有關[14-15].作為黃河三角洲最大的沼澤植被類型,蘆葦群落在蓄水調洪、補充地下水、維持區(qū)域水平衡、凈化環(huán)境和保護生物多樣性等方面均具有重要意義[15].

3.2 富營養(yǎng)化原因分析

富營養(yǎng)化是徑流對地表沖刷和淋溶及排放廢污水攜帶營養(yǎng)物質的大量匯集,使水體 N、P等營養(yǎng)元素嚴重超標造成[16].主要發(fā)生在淡水湖泊、水庫、江河和沿海海水等[17].近年來黃河口及其近岸海域赤潮發(fā)生的次數(shù)也明顯增多[18],高發(fā)期在夏季6～9月[19].1990年至2004年上半年渤海海域共發(fā)現(xiàn)赤潮83起,累計面積達3萬km2.僅2002～2003兩年間渤海共發(fā)生赤潮26次,影響面積近800km2.赤潮降低海域水體DO,產生大量毒素破壞生物鏈,降低海域浮游生物數(shù)量及其物種多樣性,對漁業(yè)資源、生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和旅游業(yè)都產生了巨大危害[20].

對比歷史數(shù)據(jù)和查閱相關文獻可以發(fā)現(xiàn),黃河流域水體、黃河口陸源排污和地表徑流帶來的大量營養(yǎng)物進入附近海域,是黃河口及其附近海域赤潮頻發(fā)、渤海近岸生態(tài)環(huán)境受到破壞的主要

原因.事實上黃河口及其近岸海域富營養(yǎng)化原因較為復雜.首先,工農業(yè)污染、生活垃圾污染等都是濱海濕地陸源污染;其次,黃河徑流量的減少甚至斷流對黃河口海域環(huán)境變化起著至關重要的作用[21-23].黃河入海水量從20世紀70年代開始逐年減少,至2000年以后僅為上世紀60年代的十分之一[24-25].海平面上升和蝕退作用使?jié)竦刂饾u被侵蝕,水體面積縮小,富營養(yǎng)化程度加劇,自凈功能逐漸減弱.黃河斷流和海岸侵蝕還會引起濕地水體和土壤的溫度變化和鹽分失衡,導致部分濕地植被出現(xiàn)提早衰亡、過渡和演化現(xiàn)象,改變濕地原有的植被格局[26-28].再次,渤海灣特殊的自然地理條件對有機物的礦化及營養(yǎng)鹽的再生極為有利也是一個重要原因[18].

4 結論

4.1 黃河口濱海濕地整體水質屬于輕度富營養(yǎng)化水平.靜態(tài)水域污染較輕,主要是受到地表徑流及養(yǎng)殖排放水污染所致.支流水體污染較重,主要是河流沿岸排放工農業(yè)及生活污水匯集造成.陸源排放和地表徑流污染是濕地富營養(yǎng)化的主要原因.

4.2 水體主要污染因子為 TN、TP、石油類、Hg、NH4+-N、NH3--N和Chl-a等.與歷史數(shù)據(jù)對比,水體N、P污染加劇,石油類和Hg污染未見顯著增長,其他重金屬含量均未超標.

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Water pollution of Yellow River estuary coastal wetland.

LIU Feng1,2, LI Xiu-qi1*, DONG Guan-cang1, QIN Yu-guang1, CHEN You-guang1, WANG Zhi-zhong1, WANG Fang2(1.Freshwater Fisheries Research Institute of Shandong Province, Jinan 250013, China；2.Key Laboratory of Mariculture, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China). China Environmental Science, 2011,31(10)：1705～1710

14 representative water-sample sites were selected around the coastal wetland of Yellow River Estuary and three times surveys were carried out on May (dry period), August (wet period) and November (level period), respectively. 22 pollution indexes such as nutritive salt, heavy metal, petroleum etc. were measured. The pollution status was assessed with Nemero Index and comprehensive nutritional status index (TLI). The results showed that the water quality of coastal wetland was light eutrophication and deteriorated with each passing year. The slight pollution sites were found at wetland lakes, Yellow River old course, the national nature reserve, culture ponds and other static state water area, whereas the tributaries like Guangli River, Tiao River, Shenxiangou River, Xiaodao River and Gudong oil fields drainage ditch were serious polluted which were more serious polluted than the Yellow River. TN, TP, NH4+-N, UIA, Chl-a and petroleum were main pollutants at coastal wetland. As for the pollution of nitrogen and phosphorus, comparing with historical data, deteriorated significantly. The whole water quality was not optimistic in Yellow River estuary, although no significantly increase of petroleum pollutants and Hg pollution and no detection of other heavy metals.

coastal wetland of Yellow River estuary；water pollution；Nemero index；nutritional status irdex (TLI)

X508

A

1000-6923(2011)10-1705-06

2011-01-13

國家海洋公益性行業(yè)專項(200805070,200905009-5)

* 責任作者, 副研究員, lixiuqi2004@yahoo.com.cn

致謝：本實驗的現(xiàn)場采樣工作由東營市海洋漁業(yè)局水產研究所協(xié)助完成,在此表示感謝.

劉 峰(1983-),男,山東煙臺人,中國海洋大學博士研究生,主要從事水域環(huán)境生態(tài)學研究.